智能装备控制技术 课件(2-5)任务五 智能仓储单元的检测及应用

模块二制造装备PLC技术应用任务四智能仓储单元的检测及应用知识目标1.了解常用智能仓储系统的基本知识；2.了解智能制造中智能仓储单元的核心控制器件及智能控制技术；4.掌握智能仓储单元常用的传感器模块、步进电机定位控制模块等使用方法；5.掌握电气线路识读的方法及步骤；6.掌握设备气路、电路的调试方法。能力目标1.查阅相关资料，能简述常用智能仓储系统的基本知识；2.能正确使用常用传感器和步进电机驱动模块等；3.能根据电气线路图的识别原则，正确识读电气线路图，能按照图纸准确找到各元器件及接线端；4.在老师的指导下，对设备通电运行，能熟练对设备的电路、气路进行检测调试，学会正确、规范的调试方法；5.能初步学会编写“智能仓储单元”简单的PLC控制程序及运行调试。素养目标1.树立学生认真专注的学习态度，保质保量的完成学习任务，做到课前预习，课中学习，课后复习的良好学习习惯；培养学生团队合作的精神。2.培养学生劳模精神和工匠精神和爱国主义情怀。3.认真对待每一个工作任务，做到“一丝不苟、严肃细致”，树立职业与安全意识。规范标准（国家标准、职业标准、JIS工艺标准等）1.GB/T786.1—1993《用液压与气动元件图形符号》2.GB/T4728.1-2018《电气简图用图形符号》3.GB/T12350-2022《小功率电动机的安全要求》4.GB/T40131-2021《减速永磁式步进电动机通用规范》5.JISB3500-1990《可编程控制器术语》6.JISC0617-10-1999《电气图形符号》●学习情境

制造业的存储系统已逐渐从传统的部署模式中分离出来，并朝着更加精益和智能化的方向发展。近年来，随着我国物流业的快速发展和自动化，各种集物流信息技术和自动化技术于一体的智能物流设备发展迅速，其中自动化仓库是典型的代表。

自动化立体仓库是物流仓储中出现的新概念，由货架，巷道式堆垛起重机、入（出）库工作台和自动运进（出）及操作控制系统组成，自动化系统全程采用机器小车拣货，整体货架布置非常密集图2-4-1自动化立体仓库智能仓储系统认知一、智能立体仓库的概念

智能立体仓库，主要由货架、巷道式堆垛起重机（堆垛机）、入（出）库工作站台、调度控制系统以及管理系统组成。是指运用先进的控制和信息技术，对各种软硬件设备进行协调，完成物品自动化出入库作业的高度集成化的综合系统.智能立体仓库一般包含自动化仓储系统、搬运与输送系统、自动化分拣系统及物联网系统组成的智能化系统等。图2-4-2智能仓储立体仓库概念图1.自动化仓储系统：自动化立体仓储，物流仓储中呈现的新概念，通过立体货架实现货物存储功能，充分利用仓库空间，并起到支撑堆垛机的作用。2.搬运与输送系统：智能立体仓库使用的是机械化仓储，通过输送线、AGV小车等智能仓储设备，有效减小人力成本。3.智能仓储管理系（WMS）是自动化仓库的大脑，它负责记录库存信息，包括显示物品所在的库位，入库时间，保质期，产品型号，品牌等等。同时指挥仓库的各个组成部分，协调完成工作。4.自动化分拣系统：可以准确的将货物放入指定位置，减少货物分类错误率和经济损失，自动分拣系统较为准确，采用标准化组装，系统布局灵活，在维修和检查是都非常方便。图2-4-3智能仓储立体仓库二、自动化立体仓库分类1.按货架高度分类（1）低层立体仓库（2）中层立体仓库（3）高层立体仓库图2-4-4货架高度分类2.按货架结构分类（1）货物格式立体仓库（2）直通式立体仓库（3）自动柜式立体仓库（4）条形货架立体仓库3.按照建筑形式分类（1）一体化立体仓库（2）立体分仓4.按自动化立体仓库货物存取形式分类（1）拣货架类型（2）单元货架式（3）移动货架式图2-4-5按货架结构分类图2-4-6按自动化立体仓库货物存取形式分类5.按照自动化程度分类（1）自动仓库：自动仓库是指货物的储运过程由自动控制完成；（2）自动化立体仓库：自动化立体仓库是指货物的储存、储存和搬运过程，由自动化控制完成。6.按仓库在物流系统中的作用分类（1）生产仓库（2）流通仓库7.按自动化仓库与生产联系紧密度分类（1）独立仓库（2）半紧凑型仓库（3）紧凑型仓库8.按照仓储的功能分类（1）仓储式立体仓库（2）拣货式立体仓库●获取信息子任务1智能仓储单元的认知学习任务

通过学习或查阅智能仓储系统的相关资料，对当前智能仓储技术有基本的认识；通过本项目学习能学到智能仓储系统所涉及的核心器件、控制方式等知识，并能学会规范的使用相关器件或模块。任务目标1.通过查阅相关资料，了解当前智能仓储系统的技术，能简述智能仓储系统的基本组成和基本控制过程、控制方式；2.通过学习自动生产线或智能控制工作平台中智能仓储的控制技术，能按照职业标准要求规范的使用步进电机定位控制模块、传感器模块、仓储机械手模块、气动控制模块等。表2-4-1本任务知识点列表序号知识点具体内容知识点索引1自动生产线吸盘式移动机械手1.机械手模块组成2.机械手模块功能新知识2仓储机械手1.真空吸盘2.真空发生器任务5-23步进电机驱动系统1.步进电机驱动器原理2.步进电机驱动器介绍任务5-24金属传感器1.金属传感器的原理2.接线及使用方法任务2-3注：“新知识”表示知识点在本任务，“任务5-2”表示知识点可以在任务5-2检索。知识点活页一智能仓储单元器件识别及应用◆问题引导1.吸盘式移动机械手的组成及功能是什么？2.步进电机驱动器的工作原理是怎样的？它分为哪两种接法？3.真空吸盘有什么用途？并简述真空发生器的工作原理？◆知识学习一、自动生产线吸盘式移动机械手1.机械手模块组成

该模块由X轴（丝杆机构）和Y轴（直线气缸）构成的龙门架、步进电机模块驱动X轴移动的定位装置、真空发生器吸咐装置、限位传感器等功能单元以及配套的电气控制系统（PLC）、气动回路组成。2.机械手模块功能

生产过程中，当前面流程的输送带将工件传送到输送带末端时，输送带末端传感器检测到工件到位，并将信号反馈给PLC，吸盘移动机械手在PLC程序的驱动下，Y轴气缸下降，真空吸盘将工件吸住，然后由步进电机通过驱动X轴丝杆机构运动，将工件移动至指定仓位放置，实现了精准定位。图2-4-7吸盘式移动机械手图2-4-8自动生产线的结构简图二、相关知识

请根据知识点列表，按照资料查阅的方法，查找：步进电机驱动系统、仓储机械手、金色传感器的知识，并完成引导问题。●任务实施子任务2智能仓储单元的检测学习任务

本任务主要以自动生产线为载体，通过对自动生产线“移动机械手智能仓储模块”的结构观察、操作运行，熟悉其工作过程。识读各控制部分的电路接线图，掌握电气接线图的识读步骤及方法，学会电路、气路的检测及调试方法，尝试编写PLC程序并运行和功能调试。任务目标1.能根据电气线路图的识别原则，正确识读电气线路图，并能按照图纸准确找到各元器件及接线端；2.通过观察“移动机械手仓储模块”的实训设备，识别相关传感器、步进电机驱动系统、吸盘机械手等器件或模块，学会其使用方法；3.通电试运行，在老师的指导下，对设备的电路、气路进行检测与调整；4.根据移动机械手仓储的功能要求，编写PLC程序并运行和调试。设备及工具

设备及工具要求，如表2-4-2所示。序号设备及工具数量1自动生产线（设备）1台2万用表1套3三菱PLC软件：GXDeveloper1个4三菱触摸屏软件：GT31套5内六角螺丝刀、螺丝刀、斜口钳等1套6相关导线、排线等1套表2-4-2设备及工具实训活页一电气元件的检测一、仓储系统电气图的识读1.识读移动机械手系统电气原理图识读电气原理图一般按照：“由上到下，从左到右”的原则。从上到下从左到右

自动生产线的“移动机械手仓储系统”电气功能接线区，包含：步进电机驱动系统模块上的接线区，气动电磁阀组上的接线区，传感器组上的接线区，具体接线区域划分见表2-4-3所示，PLC的I/O分配表见表2-4-4所示。序号功能划分接线区PLC接线端口1移动机械手模块步进电机驱动系统接线区Y0、Y1气动电磁阀组接线区Y2、Y3、Y4、Y5传感器组接线区X4、X5、X6表2-4-3“仓储系统模块”功能接线区、接线端输入端（I）输出端（O）序号外接元件PLC输入点序号外接元件PLC输出点1步进电机原点传感器X041驱动器脉冲输入Y002吸盘上升限位X052驱动器方向控制Y013吸盘下降限位X063吸盘上升Y024

4吸盘下降Y035

5吸盘释放Y046

6吸盘吸附Y05表2-4-4PLC的I/O分配表2.识读“步进电机驱动系统”电气接线图

仓储系统电气图主要包含步进电机驱动系统电气图、电磁阀和传感器的电气接线图，电气接线图相对较为复杂，在查看图纸时，需要按模块分步骤识读，避免造成混乱。下面主要介绍步进电机驱动器的电气接线图，并在自动生产线找到相应位置及接线端口。（1）步进电机驱动模块电气接线图如图3-1-20所示，详细的图纸可查看图纸手册。按照识读电气接线图的原则，识别相关符号及线路。（2）步进电机驱动端子如图2-4-4所示，其接线说明如表2-4-5所示。图2-4-4步进电机驱动模块实物及接线图信号输入控制端步进电机接线端PUL+：脉冲信号+；PUL-：脉冲信号-；DIR+：方向信号+；DIR-：方向信号-；ENA+：使能信号+；ENA-：使能信号-。A+：连接电机绕组A+相；A-：连接电机绕组A-相；B+：连接电机绕组B+相；B-：连接电机绕组B-相；VCC(+V)：电源+端；GND：电源-端。表2-4-5步进电机驱动模块接线说明二、电气元件的安装与检测1.磁性开关安装与检测

磁性开关可以直接安装在气缸缸体上，用来检测气缸活塞位置的，即检测活塞的运动行程。图2-4-5是磁性开关实物安装图。图2-4-5磁性开关安装图（1）安装注意事项：1）安装时，不得让开关受过大的冲击力，如将开关打入、抛扔等；2）不要把连接导线与动力线（如电动机等）、高压线并在一起；3）磁性开关的配线不能直接接到电源上，必须串接负载。且负载绝不能短路，以免开关烧坏；4）磁性开关的安装位置可以调整，调整方法是松开它的紧定螺栓，让磁性开关顺着气缸滑动，到达指定位置后，再旋紧紧定螺栓。（2）使用注意事项：

1）磁性开关的信号输出是由两根线引出，分别为棕色和蓝色，使用时蓝色引出线应连接到PLC输入公共端，棕色引出线应连接到PLC的对应输入信号端。在磁性开关上设置的LED显示用于显示其信号状态，供调试时使用。磁性开关动作时，LED亮；磁性开关不动作时，LED不亮。

2）带指示灯的有触点磁性开关，当电流超过最大电流时，发光二极管会损坏；若电流在规定范围以下，发光二极管会变暗或不亮。

3）磁性开关可以通过调整安装位置，调整方法是松开它的紧定螺栓，让磁性开关顺着气缸滑动，到达指定位置后，再旋紧紧定螺栓，当磁性开关动作时，LED会亮；磁性开关不动作时，LED不亮。2.电感传感器安装使用要求

1）电感传感器的安装

电感传感器安装距离注意说明如图2-4-6所示。多数电感传感器已将感辨头和测量转换电路做在同一壳体内，壳体上多带有螺纹或安装孔，以便于安装和调整，接近开关的安装方式如图2-4-7所示。图2-4-6电感传感器安装距离注意说明图2-4-7电感传感器的安装方式2）电感传感器的接线

电感传感器有三根引出线的，棕色的接24伏电源线正极，蓝色的为电源线负极接PLC的输入公共端，黑色为传感器的信号输出端接PLC的信号输入端，传感器上设置的LED显示用于显示其信号状态。3）电感传感器灵敏度的调节

在传感器的选用和安装中，必须认真考虑检测距离、设定距离，或通过它的灵敏度电位器调节传感器的灵敏度，保证生产线上的传感器可靠动作。使用时可调整安装位置，细心设定检测距离，或通过它的灵敏度电位器调节传感器的灵敏度，保证生产线上的传感器可靠动作；传感器上设置的LED显示用于显示其信号状态。实训活页二气路系统和电气线路的检测与调试一、移动机械手气路的检测及调试1.气路要求及调试准备（1）所有气动元器件安装应牢固；（2）气路绑扎要牢固，连接可靠不漏气，布局合理、美观，无防碍机械手运转情况；（3）机械手安装牢固，动作无撞击、平稳。（4）调试前先检查三联件中过滤器滤杯内是否有积水，若有则松开杯底螺栓排水。（5）检查电控箱电源是否关闭。（6）开启压缩机，将三联件慢慢调整至所需压力。（7）打开回路的气源，若有漏气，请立即关闭并检查回路是否正确。2.气路系统调试（1）接通气源后初始状态：Y轴气缸应在上限位，真空吸盘应该放松，如位置（状态）不正确，可调整气管进出口纠正。（2）调试回路前先将各气缸中的单向节流阀旋紧再放松1/2圈。（3）手动按压各电磁阀的手控按钮，观察气缸动作情况，同时调整单向节流阀开度，直到各气缸动作无撞击、平稳，并紧固单向节流阀螺钉。（4）动作中不可停留或置物于气缸行程中，以免造成危险损伤。（5）调试过程如有任何不正常动作或状况，应立即关闭气源。（6）调整完成后，将三联件的压力调整阀关闭，关闭回路气源。二、移动机械手电路检测及调试

在使用安装完成的设备前，首先要检查电源电路是否安装正确，确认电源安装正确后，再通电试运行。

1.传感器信号的检测

通电后，按照移动机械手模块功能，顺序对各传感器信号进行检测，看信号的输出是否正确，并填写下表2-4-6。注意：检测位置应尽量靠近单片机或PLC的信号接收引脚。序号位置对应的传感器或器件对应的I/O接口接线端线码检测接口的信号（或观察PLC对应输入口）是否正确（正确打“√”或记录）1吸盘上升限位磁性开关X005

2吸盘下降限位磁性开关X006

3步进电机原点位置电感传感器X004

表2-4-6“移动机械手仓储模块”传感器检测表2.电磁阀的调试

电磁阀的检测除了可以通过手动按电磁阀阀门的方式，观察气动元件的动作过程外，也可以通过“接电”的方式进行测试，检查电磁阀的动作是否正确。

方法一：打开气阀开关，逐一通过“接电”的方式，给电磁阀通电，观察气缸的运动状态，确定电磁阀及气路是否安装正确，并填写下表2-4-7所示。注意：必须要确保测试引脚能“接电”无损坏器件，才通过此方式测试。

方法二：运行PLC，在PLC程序监控模式中，直接给要测试电磁阀的输出口进行强制输出。序号位置电磁阀类型对应的I/O接口接线端线码在接线端对应的线码，接入24V，观察动作过程。强制PLC输出口，观察动作过程。1Y轴气缸上升位置双绕圈Y002

2下降位置双绕圈Y003

3真空吸盘吸盘吸附双绕圈Y004

4吸盘释放双绕圈Y005

表2-4-7“移动机械手仓储模块”电磁阀控制测试表3.步进电机测试

步进电机运行及方向的测试不能简单的以直接“接电”的方式去测试。需要利用单片机或PLC编写简易程序去控制，才能确定步进电机的运行是否正确。●能力拓展实训活页三PLC程序编写及调试一、“工件分装入仓功能调试”任务书1.系统工作模式采用自动模式：生产线启动后采用单周期运行实现工件的入仓输送。

2.原点回归动作各机构必须处于原点位置（原点指示灯亮），系统才能起动运行，要求按下原点复位按钮，系统自行复位；原点状态为：龙门架步进电机处于原点（靠近输送带一侧）位置，升降气缸处于上升状态，吸盘处于释放状态。3.入仓控制要求（1）龙门架由PLC脉冲定位入仓，要求各种物料依次按顺序放入1~5号仓位（1号仓位靠近输送带，5号最远），仓满后，指示灯亮，不再传送物料，需要复位清零才能继续工作。（2）按下停止按钮，系统立即停止运行（若龙门架有吸附物料，则保持吸附状态）；再按下复位按钮，系统回归原点后才能从新启动运行。（3）指示灯分别显示系统的当前状态：系统运行时绿灯常亮，系统停止时红灯常亮，系统复位时黄灯常亮，仓满后，篮色指示灯亮。系统工作模式：采用自动模式，生产线启动后采用单周期运行实现工件的入仓输送。4.人机界面监控功能（1）自动运行的设备控制（按钮）与运行状态监视（指示灯）；（2）能实时显示机械手移动位置参数；能设定机械手脉冲定位入各仓位置参数。（3）可自动统计并显示入仓工件的总数。5.PLC的I/O分配表输入端（I）输出端（O）序号外接元件PLC输入点序号外接元件PLC输出点1步进电机原点传感器X041驱动器脉冲输入Y002吸盘上升限位X052驱动器方向控制Y013吸盘下降限位X063吸盘上升Y024

4吸盘下降Y035

5吸盘释放Y046

6吸盘吸附Y05表2-4-8PLC的I/O分配表二、编程思路及剖析：1.主程序梯形图：主程序梯形图注释：M2：停止标志M4：仓满标志M31：停止按钮（触摸屏）M32：复位按钮（触摸屏）M35：计数清除按钮（触摸屏）M888：数据复位按钮（触摸屏）D500：工件当前位置显示（触摸屏）C1：工件计数显示（触摸屏）2.触摸屏画面：触摸屏画面注释：M0：原点标志M1：运行标志M2：停止标志M30：启动按钮（触摸屏）M31：停止按钮（触摸屏）M32：复位按钮（触摸屏）M888：数据复位按钮（触摸屏）C1：入仓计数M35：计数清除按钮D500：工件当前位置显示（触摸屏）3.状态流程图：状态流程图注释：（1）状态0：初始状态，要求是复位运行标志，原点检测。（2）状态10：进入本状态条件为：检测不在原点且按下复位按钮；状态内容是：所有输出复位，吸盘上升，机械手右移至右端，吸盘释放延时1秒。（3）状态11：进入本状态条件为：检测为原点位置、入仓末满、且按下起动按钮；状态内容是：置位运行标志，工件入仓计数，吸盘下降，吸盘到下限位时，吸盘吸取工件并延时1秒。（4）状态12：进入本状态条件为：入仓计数为1时；状态内容是：传送工位1位置参数，吸盘上升，吸盘到上限位时，机械手左移至工位1。（5）状态13：进入本状态条件为：入仓计数为2时；状态内容是：传送工位2位置参数，吸盘上升，吸盘到上限位时，机械手左移至工位2。（6）状态14：进入本状态条件为：入仓计数为3时；状态内容是：传送工位3位置参数，吸盘上升，吸盘到上限位时，机械手左移至工位3。（7）状态15：进入本状态条件为：入仓计数为4时；状态内容是：传送工位4位置参数，吸盘上升，吸盘到上限位时，机械手左移至工位4。（8）状态16：进入本状态条件为：入仓计数为5时；状态内容是：传送工位5位置参数，吸盘上升，吸盘到上限位时，机械手左移至工位5。（9）状态17：进入本状态条件为：机械手左移至各工位结束；状态内容是：吸盘下降，吸盘到下限位时，吸盘释放工件并延时1秒。（10）状态18：进入本状态条件为：上状态延时1秒后；状态内容是：吸盘上升，机械手右移至右端停。（11）条件14：机械手在右端位置。三、系统调试及功能评分

1.程序编写完成后把程序传送到PLC并运行PLC,打开气动三联件开启气源。根据系统控制要求，演示设备运行效果，对龙门机械手进行系统调试：

（1）观察机械手的初始位置：观察机械手的双线圈电磁阀是否都有一个线圈处于接通状态，气缸的初始位置是否和要求一致，若不是，要考虑气路连接、气路方向是否正确、电磁换向阀是否故障等，查出原因进行调整。（2）观察传感器的状态：机械手各气缸按要求已到位，观察传感器的指示灯是否发光，若不发光，检查传感器的接线是否正确、传感器是否故障等，查出原因进行调整。（3）观察机械手的整个搬运过程：按下启动按钮，观察运行指示灯是否发光；机械手是否按任务要求连贯、正确动作；通过速度调节阀调整气缸动作速度，使之平稳运行。若不能，检查PLC的程序，观察PLC的输入、输出信号是否达到要求，查出原因进行调整。（4）观察机械手的停止：按下停止按钮，指示灯熄灭，整个系统停止工作。2.根据控制要求及通过测试所实现的情况，按功能评分表对任务完成情况进行功能评分：功能评分表（略），见本书。一、任务总结1.智能仓储系统是运用先进的控制和信息技术，对各种软硬件设备进行协调，完成物品自动化出入仓库作业的高度集成化的综合系统。2.智能仓储系统是通过工控网络，将自动化控制器（PLC）、传感器技术、步进伺服定位技术、液压气动技术等连接起来，形成智能的仓储系统。3.磁性开关可以直接安装在气缸缸体上，用来检测气缸活塞位置的，即检测活塞的运动行程。使用时要注意正确的安装、检测和调整。4.电感传感器又称金属接近传感器。在生产工作过程中，它主要用于判断工件为金属材质的功能。使用时要注意正确的安装、检测和调整。5.步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的电动机。通过控制脉冲个数来控制角位移量，实现准确定位，通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，实现调速。●总结提升6.真空吸盘与真空发生器：真空吸盘是利用吸盘内形成的负压(真空)来吸附工件的一种气动元件，常用作机械手的抓取机构；而真空发生器是利用压缩空气（正压气源）的流动而形成一定真空度（负压）的一种气动元件。7.识读电气接线图一般按照：“由上到下，从左到右”的原则。8.气路的检测及调试要注意气动元器件安装应牢固，连接可靠不漏气，各气缸动作无撞击、平稳。9.传感器信号的检测，主要看传感器响应后输出信号是否正确；电磁阀的检测除了可以通过手动按电磁阀阀门